DE69032935T2 - Method for producing a magnetic converter using thin film technology - Google Patents
Method for producing a magnetic converter using thin film technologyInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Dünnfilm-Magnetwandlern.This invention relates to a method for manufacturing thin film magnetic transducers.
Magnetische Dünnfilm-Lese-/Schreib-Köpfe werden zum magnetischen Lesen und Schreiben von Informationen auf ein magnetisches Speichermedium, wie z. B. eine Magnetplatte oder ein Magnetband, verwendet. Es ist äußerst wünschenswert, eine eine hohe Dichte aufweisende Informationsspeicherung auf dem magnetischen Speichermedium zu schaffen.Thin film magnetic read/write heads are used to magnetically read and write information onto a magnetic storage medium, such as a magnetic disk or tape. It is highly desirable to provide high density information storage onto the magnetic storage medium.
Eine vergrößerte Speicherdichte in einem Aufzeichnungssystem kann dadurch erzielt werden, daß eine Flächendichte geschaffen wird, die für eine vorgegebene Aufzeichnungsfläche so hoch wie möglich ist. Im Fall von rotierenden Plattenlaufwerken (sowohl Floppy als auch Festplatten) wird die Flächendichte dadurch ermittelt, daß die Anzahl von Magnetflußumkehrungen pro Einheitslänge entlang der Spur (lineare Dichte in Einheiten von Magnetflußumkehrungen pro Einheitslänge, beispielsweise Zoll) mit der Anzahl von Spuren multipliziert wird, die pro Einheitslänge in der Radialrichtung verfügbar ist (Spurdichte in Einheiten von Spuren pro Einheitslänge, beispielsweise Zoll).Increased storage density in a recording system can be achieved by providing an areal density that is as high as possible for a given recording area. In the case of rotating disk drives (both floppy and hard), the areal density is determined by multiplying the number of magnetic flux reversals per unit length along the track (linear density in units of magnetic flux reversals per unit length, e.g. inches) by the number of tracks available per unit length in the radial direction (track density in units of tracks per unit length, e.g. inches).
Nachdem die Spurdichten 94,5 Spuren pro Zentimeter (2400 Spuren pro Zoll) erreicht und überschritten haben, wird die Ausrichtung zwischen oberen und unteren Polspitzen in magnetischen Dünnfilm- Lese-/Schreib-Köpfen kritisch. Bei einer derartigen hohen Speicherdichte erfordern Konstruktionskriterien magnetische Wandler, bei denen die untere Polspitzenbreite sehr weitgehend gleich der oberen Polspitzenbreite ist. Die oberen und unteren Pole sollten weiterhin eng miteinander ausgerichtet sein.As track densities reach and exceed 94.5 tracks per centimeter (2400 tracks per inch), alignment between upper and lower pole tips in thin-film magnetic read/write heads becomes critical. At such high storage densities, design criteria require magnetic transducers in which the lower pole tip width is very nearly equal to the upper pole tip width. The upper and lower poles should still be closely aligned.
Eine Technik, die eine bessere Polausrichtung ergibt, beginnt mit einem oberen Pol, einem unteren Pol und einem Spaltbereich, der die oberen und unteren Pole trennt, wobei diese Teile alle beträchtlich breiter hergestellt werden, als dies erwünscht ist. Eine schmalere Maskenschicht wird dann auf dem oberen Pol abgeschieden. Die Struktur wird dann unter Verwendung eines Materialentfernungsverfahrens ('Fräsen'), wie z. B. unter Verwendung eines Ionenfräsens oder eines reaktiven Ionenfräsens ausgerichtet, bei dem eine hohe Energie aufweisende Ionen den Polspitzenbereich bombardieren, um das überschüssige Material (oberer Pol, unterer Pol und Spaltmaterial) zu entfernen, das sich über die Kanten der Maskierungsschicht hinaus erstreckt. Die Maskierungsschicht schützt lediglich einen Teil des oberen Pols, des unteren Pols und des Spalts, so daß die Breite der fertigen Polspitzen angenähert gleich der Breite der Maskierungsschicht ist.One technique that gives better pole alignment starts with a top pole, a bottom pole, and a gap region separating the top and bottom poles, all of which are made considerably wider than desired. A narrower mask layer is then deposited on the top pole. The structure is then aligned using a material removal process ('milling'), such as using ion milling or reactive ion milling, in which high energy ions bombard the pole tip region to remove the excess material (top pole, bottom pole, and gap material) that extends beyond the edges of the mask layer. The mask layer protects only a portion of the top pole, bottom pole, and gap, so that the width of the finished pole tips is approximately equal to the width of the mask layer.
Beispiele dieser Technik sind in dem US-Patent 4 791 719, der EP-A-0 442 213 und der europäischen Patentveröffentlichung EP-A-0 383 739 beschrieben. Die letztere Veröffentlichung fällt unter die Regeln nach Artikel 54(3) EPC.Examples of this technique are described in US Patent 4 791 719, EP-A-0 442 213 and European Patent Publication EP-A-0 383 739. The latter publication falls under the rules of Article 54(3) EPC.
Die genannte Ausrichttechnik ist sowohl langsam als auch kapitalintensiv. Wenn beispielsweise eine obere Poldicke von 4 Mikrometern, eine untere Poldicke von 3 Mikrometern und eine Spaltdicke von 0,5 Mikrometern angenommen wird, und wenn weiterhin angenommen wird, daß das Spaltschichtmaterial eine Fräsgeschwindigkeit aufweist, die ungefähr einer Hälfte der Fräsgeschwindigkeit der Polspitzenschichten entspricht, so ist die Gesamt-Formungszeit ungefähr 8 Zeiteinheiten. Dies wird mit der folgenden Gleichung berechnet: Fräszeit = Schichtdicke x Fräsgeschwindigkeit. Für dieses Beispiel gilt dann (4 · 1) + (3 · 1) + (0,5 · 2) = 8 Zeiteinheiten.The alignment technique mentioned is both slow and capital intensive. For example, if we assume a top pole thickness of 4 microns, a bottom pole thickness of 3 microns and a gap thickness of 0.5 microns, and if we further assume that the gap layer material has a milling speed that is approximately one-half the milling speed of the pole tip layers, the total forming time is approximately 8 time units. This is calculated using the following equation: Milling time = layer thickness x Milling speed. For this example, then (4 x 1) + (3 x 1) + (0.5 x 2) = 8 time units.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eng miteinander ausgerichtete Polspitzen in einem Dünnfilm-Magnetwandler zu schaffen, wodurch vergrößerte Datenspeicherdichten ermöglicht werden.The present invention is directed to providing closely aligned pole tips in a thin film magnetic transducer, thereby enabling increased data storage densities.
Entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetwandlers geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es folgende Schritte umfaßt:According to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a thin film magnetic transducer, characterized in that it comprises the following steps:
Ausbildung einer ersten magnetischen Schicht auf einem nichtmagnetischen Substrat; Ausbildung einer Spaltmaterialschicht auf der ersten magnetischen Schicht; Abscheiden einer Schicht mit einer Öffnung mit einer definierten Struktur auf der Spaltmaterialschicht; Ausbildung einer zweiten magnetischen Schicht über der Spaltmaterialschicht und in der Öffnung; Abscheiden einer Opfermaskenschicht auf der zweiten Magnetschicht und in der Öffnung; Entfernen der eine Öffnung aufweisenden Schicht, Freilegen eines Teils der Spaltmaterialschicht und eines Teils der ersten Magnetschicht; und Beaufschlagen des Dünnfilm-Magnetwandlers mit einem Materialentfernungsverfahren.Forming a first magnetic layer on a nonmagnetic substrate; forming a gap material layer on the first magnetic layer; depositing a layer having an opening with a defined structure on the gap material layer; forming a second magnetic layer over the gap material layer and in the opening; depositing a sacrificial mask layer on the second magnetic layer and in the opening; removing the layer having an opening, exposing a portion of the gap material layer and a portion of the first magnetic layer; and subjecting the thin film magnetic transducer to a material removal process.
Bei einer Ausführungsform umfaßt der Schritt der Abscheidung der Opfermaskenschicht die Abscheidung erster und zweiter Opfermaskenschichten, wobei die erste Opfermaskenschicht zwischen der zweiten Opfermaskenschicht und der zweiten Magnetschicht eingeschichtet ist.In one embodiment, the step of depositing the sacrificial mask layer comprises depositing first and second sacrificial mask layers, wherein the first sacrificial mask layer is sandwiched between the second sacrificial mask layer and the second magnetic layer.
Der Schritt des Beaufschlagens des Dünnfilm-Magnetwandlers mit einem Materialentfernungsverfahren kann das Ionenfräsen, vorzugsweise das reaktive Ionenfräsen, oder ein Sprühätzen umfassen.The step of subjecting the thin film magnetic transducer to a material removal process may comprise ion milling, preferably reactive ion milling, or spray etching.
Die erste und/oder zweite magnetische Schicht kann eine Dicke im Bereich von ungefähr 1 Mikrometer bis ungefähr 5 Mikrometern haben.The first and/or second magnetic layer may have a thickness in the range of about 1 micrometer to about 5 micrometers.
Die Spaltmaterialschicht kann eine Dicke im Bereich von ungefähr 0,1 Mikrometern bis ungefähr 1 Mikrometer haben.The gap material layer may have a thickness in the range of about 0.1 micrometers to about 1 micrometer.
Die Opfermaskenschicht kann eine Dicke im Bereich von ungefähr 1 Mikrometer bis ungefähr 7 Mikrometern haben.The sacrificial mask layer may have a thickness in the range of about 1 micrometer to about 7 micrometers.
In unserer anhängigen Patentanmeldung EP 90 313 690 mit der Veröffentlichungsnummer EP 0 442 213 A2 ist die Verwendung eines bestimmten Profils für die Maske und anderer Schichten in einem Dünnfilmwandler beschrieben und beansprucht, um das Materialentfernungsverfahren zu unterstützen, während in unserer anhängigen Anmeldung EP 90 313 691 mit der Veröffentlichungsnummer EP 0 442 214 A2 die Verwendung von zwei Opfermasken und insbesondere von Materialien beschrieben und beansprucht ist, die für die Masken bei der Bildung der Dünnfilmwandler verwendet werden.Our pending patent application EP 90 313 690 with publication number EP 0 442 213 A2 describes and claims the use of a specific profile for the mask and other layers in a thin film transducer to assist the material removal process, while our pending application EP 90 313 691 with publication number EP 0 442 214 A2 describes and claims the use of two sacrificial masks and in particular materials used for the masks in forming the thin film transducers.
Die Erfindung wird lediglich in Form eines Beispiels in den beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:The invention is illustrated by way of example only in the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Dünnfilm-Magnetwandler oder einen Lese-/Schreibkopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor dem Schritt des Fräsens von überschüssigem Spaltmaterial und einer unteren Polspitze zeigt,Fig. 1 shows a top view of a thin film magnetic transducer or a read/write head according to an embodiment of the present invention before the step of milling excess gap material and a lower pole tip,
Fig. 2 eine seitliche Querschnittsansicht des Wandlers nach Fig. 1 entlang der Linie 2-2 ist,Fig. 2 is a side cross-sectional view of the transducer of Fig. 1 taken along line 2-2,
Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Wandlers nach Fig. 1 entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 ist,Fig. 3 is a cross-sectional view of the transducer of Fig. 1 taken along line 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4A-4G Schritte bei der Formung eines Dünnfilm-Magnetwandlers oder Lese-/Schreibkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen,Fig. 4A-4G show steps in forming a thin film magnetic transducer or read/write head according to the present invention,
Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Polspitzenbereichs ähnlich dem nach Fig. 4F ist, bei der der untere Pol und das Spaltmaterial eine 'unbegrenzte Breite' aufweisen, undFig. 5 is a cross-sectional view of a pole tip region similar to that of Fig. 4F, in which the lower pole and gap material have an ‘unlimited width’, and
Fig. 6 eine Querschnittsansicht ähnlich der nach Fig. 4F eines Polspitzenbereichs ist, wobei ein unterer Pol eine 'unbegrenzte Breite' aufweist, die aus einem Substratmaterial gebildet ist.Figure 6 is a cross-sectional view similar to Figure 4F of a pole tip region with a lower pole having an ‘unlimited width’ formed from a substrate material.
Die Forderung nach einer vergrößerten Speicherdichte in magnetischen Speichermedien hat zu verringerten Magnetkopfabmessungen geführt. Magnetköpfe werden nunmehr in einer Weise hergestellt, die der ähnlich ist, wie sie für integrierte Halbleiterschaltungen in der Elektronikindustrie verwendet wird. Viele Dünnfilmköpfe werden über eine Scheibe oder ein Substrat hinweg abgeschieden, wobei Ätz- und photolithographische Techniken verwendet werden. Die Scheibe kann dann in viele mikroskopisch kleine einzelne Magnetköpfe zur Verwendung mit magnetischen Speichergeräten, wie z. B. Magnetplatten, aufgeteilt werden.The demand for increased storage density in magnetic storage media has led to reduced magnetic head dimensions. Magnetic heads are now manufactured in a manner similar to that used for semiconductor integrated circuits in the electronics industry. Many thin film heads are deposited across a disk or substrate using etching and photolithographic techniques. The disk can then be divided into many microscopic individual magnetic heads for use with magnetic storage devices such as magnetic disks.
Bei diesen kleinen Abmessungen wird die Ausrichtung zwischen einer Polspitze eines Kopfes kritisch, insbesondere dann, wenn die Abmessungen der Polspitze sich den Toleranz- und Auflösungsgrenzen der Abscheidungstechniken nähern. Unter Verwendung einer Opfermaskierungstechnik eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden Probleme überwunden, die sich aus Toleranzmängeln ergeben. Die vorliegende Erfindung bietet sowohl Zeit- als auch Kosteneinsparungen gegenüber bekannten Ausrichttechniken.At these small dimensions, alignment between a pole tip of a head becomes critical, especially when the pole tip dimensions approach the tolerance and resolution limits of the deposition techniques. Using a sacrificial masking technique of a method according to the present invention, problems resulting from tolerance deficiencies are overcome. The present invention offers both time and cost savings over known alignment techniques.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Dünnfilm-Magnetwandler oder -kopf 10 gemäß der vorliegenden Erfindung vor der Entfernung einer Opfermaskenschicht. Fig. 1 schließt ein Substrat 12, ein oberes Polstück 14 mit einer Paddel-artigen Form und untere Schichten ein, die insgesamt mit 16 bezeichnet sind. Das Substrat 12 umfaßt typischerweise eine Keramikverbindung, wie z. B. Al&sub2;O&sub3;-TiC. Der Dünnfilm-Magnetkopf nach Fig. 1 ist im Querschnitt in Fig. 2 gezeigt. Das obere Polstück 14 ist mit zwei Opfermaskenschichten 18, 20 bedeckt in Fig. 2 gezeigt. Das obere Polstück 14 schließt eine obere Polspitze 22 ein. Der Dünnfilm-Magnetkopf 10 schließt weiterhin ein unteres Polstück 24 mit einer unteren Polspitze 26 ein. Die oberen und unteren Polstücke 14, 24, sind aus magnetischen Dünnfilmen, wie z. B. aus NiFe geformt. Der Bereich zwischen dem oberen Polstück 14 und dem unteren Polstück 24 ist mit einem Isolator 28 gefüllt. In den Isolator 28 sind Leiter 30, 32 eingebettet. Der Bereich zwi schen der oberen Polspitze 22 und der unteren Polspitze 26 ist mit Spaltmaterial 34 gefüllt, das typischerweise Al&sub2;O&sub3; umfaßt.Fig. 1 shows a top view of a thin film magnetic transducer or head 10 according to the present invention before removal of a sacrificial mask layer. Fig. 1 includes a substrate 12, an upper pole piece 14 having a paddle-like shape, and lower layers generally designated 16. The substrate 12 typically comprises a ceramic compound such as Al₂O₃-TiC. The thin film magnetic head of Fig. 1 is shown in cross section in Fig. 2. The upper pole piece 14 is shown covered with two sacrificial mask layers 18, 20 in Fig. 2. The upper pole piece 14 includes an upper pole tip 22. The thin film magnetic head 10 further includes a lower pole piece 24 having a lower pole tip 26. The upper and lower pole pieces 14, 24 are formed from magnetic thin films such as NiFe. The area between the upper pole piece 14 and the lower pole piece 24 is filled with an insulator 28. Conductors 30, 32 are embedded in the insulator 28. The area between between the upper pole tip 22 and the lower pole tip 26 is filled with fission material 34, which typically comprises Al₂O₃.
Das obere Polstück 14 und das untere Polstück 24 stehen miteinander an einem rückwärtigen Spalt-'Durchgang' (nicht gezeigt) in Kontakt und bilden zwei Pole eines Dünnfilm-Magnetwandlers oder -kopfes. Die Leiter 30, 32 sind zu einer Spule oder Wicklung durch den Bereich zwischen dem oberen Polstück 14 und dem unteren Polstück 24 geformt und erstrecken sich um den rückwärtigen Spaltdurchgang herum. Wenn ein Strom durch die Leiter 30, 32 zum Fließen gebracht wird, wird ein Magnetfeld in den oberen und unteren Polstücken 14, 24 induziert. Dieses Magnetfeld erstreckt sich zwischen den oberen und unteren Polspitzen 22, 26 und durch das Spaltmaterial 34. In Abhängigkeit von der Konstruktion der oberen und unteren Polspitzen 22, 26 wird ein magnetisches Randfeld gebildet, das sich über die Begrenzungen der oberen und unteren Polspitzen 22, 26 hinaus erstreckt. Wenn ein magnetisches Speichermedium durch dieses Randfeld hindurch bewegt wird, so prägt der von den oberen und unteren Polspitzen 22, 26 ausgehende Magnetfluss ein Magnetfeld auf die Oberfläche des magnetischen Speichermediums auf. Umgekehrt wird, wenn ein Magnetfeld, wie es durch ein magnetisches Speichermedium erzeugt wird, durch den Randfeldbereich des Dünnfilm-Magnetkopfes 10 hindurch bewegt wird, ein Magnetfeld in den oberen und unteren Polstücken 14, 24 und durch den rückwärtigen Spaltdurchgang hindurch induziert. Dieses sich ändernde Magnetfeld induziert einen elektrischen Strom, der durch die Leiter 30, 32 fließt. Der elektrische Strom wird dann unter Verwendung elektrischer Geräte gemessen und in ein Informationssignal umgewandelt, um die auf dem magnetischen Speichermedium gespeicherte Information zurückzugewinnen.The upper pole piece 14 and the lower pole piece 24 are in contact with each other at a rear gap 'passage' (not shown) and form two poles of a thin film magnetic transducer or head. The conductors 30, 32 are formed into a coil or winding through the area between the upper pole piece 14 and the lower pole piece 24 and extend around the rear gap passage. When a current is caused to flow through the conductors 30, 32, a magnetic field is induced in the upper and lower pole pieces 14, 24. This magnetic field extends between the upper and lower pole tips 22, 26 and through the gap material 34. Depending on the design of the upper and lower pole tips 22, 26, a fringe magnetic field is formed which extends beyond the boundaries of the upper and lower pole tips 22, 26. When a magnetic storage medium is moved through this fringe field, the magnetic flux emanating from the upper and lower pole tips 22, 26 imposes a magnetic field on the surface of the magnetic storage medium. Conversely, when a magnetic field, such as that produced by a magnetic storage medium, is moved through the fringe field region of the thin film magnetic head 10, a magnetic field is induced in the upper and lower pole pieces 14, 24 and through the rear gap passage. This changing magnetic field induces an electric current to flow through the conductors 30, 32. The electric current is then measured using electrical equipment and converted into an information signal to recover the information stored on the magnetic storage medium.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines Dünnfilm-Magnetkopfes 10, der den Polspitzenbereich nach Fig. 2 zeigt. Opfermaskenschichten 18, 20 bedecken die obere Polspitze 22, während sie einen Teil des Spaltmaterials 34 und die untere Polspitze 26 unbedeckt oder freiliegend lassen. Die Opfermaskenschichten 18, 20 können Nickel/Eisen (NiFe), Kupfer oder Nickel/Phosphor (NiP) umfassen. Eine derartige Opfermaske, die chemisch von dem oberen Magnetpol unterscheidbar ist, ist in unserer anhängigen Anmeldung EP 90 313 691 beansprucht, die als EP-A-0 442 214 veröffentlicht ist.Fig. 3 is a cross-sectional view of a thin film magnetic head 10 showing the pole tip region of Fig. 2. Sacrificial mask layers 18, 20 cover the upper pole tip 22 while leaving a portion of the gap material 34 and the lower pole tip 26 uncovered or exposed. The sacrificial mask layers 18, 20 may comprise nickel/iron (NiFe), copper or nickel/phosphorus (NiP). Such a sacrificial mask, chemically distinguishable from the upper magnetic pole, is claimed in our pending application EP 90 313 691, published as EP-A-0 442 214.
Wie dies weiter unten erläutert wird, entfernt ein Fräsverfahren das freiliegende Spaltmaterial 34 und die untere Polspitze 26 zusammen mit den Opfermaskenschichten 18, 20, um die obere Polspitze 22 zusammen mit dem geschützten Teil des Spaltmaterials 34 und der unteren Polspitze 26 intakt zu lassen. Typischerweise kann die Dicke des Spaltmaterials 34 im Bereich zwischen ungefähr 0,1 Mikrometer und ungefähr 1 Mikrometer liegen, wobei die Polspitzen 22, 26 zwischen ungefähr 1 Mikrometer und ungefähr 5 Mikrometer dick sind, und die Opfermasken-Gesamtdicke reicht von ungefähr 1 Mikrometer bis ungefähr 7 Mikrometer.As will be explained further below, a milling process removes the exposed gap material 34 and lower pole tip 26 along with the sacrificial mask layers 18, 20 to leave the upper pole tip 22 intact along with the protected portion of the gap material 34 and lower pole tip 26. Typically, the thickness of the gap material 34 may range between about 0.1 microns and about 1 micron, with the pole tips 22, 26 being between about 1 micron and about 5 microns thick, and the total sacrificial mask thickness ranges from about 1 micron to about 7 microns.
Die Fig. 4A bis 4H zeigen im Einzelnen die Schritte eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, die zur Bildung der Struktur nach Fig. 3 verwendet werden, bei der die Opfermaskenschichten 18, 20 mit der oberen Polspitze 22 ausgerichtet sind.4A through 4H show in detail the steps of a process according to the present invention used to form the structure of FIG. 3 in which the sacrificial mask layers 18, 20 are aligned with the upper pole tip 22.
Fig. 4A ist eine Querschnittsansicht des Substrates 12, auf dem der Abscheidungsprozeß erfolgt. Das Substrat 12 ist im allgemeinen sehr groß, verglichen mit dem Dünnfilm-Magnetkopf 10, so daß viele wiederholte Muster des Dünnfilm-Magnetkopfes über die gesamte Oberfläche des Substrates 12 hinweg abgeschieden werden können.Fig. 4A is a cross-sectional view of the substrate 12 on which the deposition process takes place. The substrate 12 is generally very large compared to the thin film magnetic head 10 so that many repeated patterns of the thin film magnetic head can be deposited over the entire surface of the substrate 12.
Fig. 4B zeigt das Substrat 12 nach Fig. 4A unter Einschluß der unteren Polspitze 26, die auf das Substrat 12 unter Verwendung photolithographischer Techniken abgeschieden wurde. Die Ansicht nach Fig. 4B zeigt die Breite der unteren Polspitze 26.Figure 4B shows the substrate 12 of Figure 4A including the lower pole tip 26 deposited on the substrate 12 using photolithographic techniques. The view of Figure 4B shows the width of the lower pole tip 26.
Fig. 4C zeigt die untere Polspitze 26 unter Einschluß einer Schicht aus Spaltmaterial 34, das außerdem einen Teil des Substrates 12 bedeckt. Das Spaltmaterial 34 umfaßt typischerweise Al&sub2;O&sub3;.Figure 4C shows the lower pole tip 26 including a layer of gap material 34 which also covers a portion of the substrate 12. The gap material 34 typically comprises Al₂O₃.
In Fig. 4D wurden zwei Photolack-Dämme 36 auf dem Spaltmaterial 34 abgeschieden, wobei der Bereich frei bleibt, auf dem die obere Polspitze 22 abgeschieden wird. Nicht in Fig. 4D gezeigt ist, daß die Photolack-Dämme 36 nicht die gesamte, in den Figuren und 2 gezeigte Oberfläche bedecken und den Teil des Dünnfilm- Magnetkopfes 10 freilassen, an dem das obere Polstück 14 abgeschieden werden soll. Die Photolack-Dämme 36 können unter Verwendung üblicher photolithographischer und Maskierungs-Techniken abgeschieden werden. Das obere Polstück 14 und die obere Polspitze 22 werden dann in dem Bereich zwischen den Photolack- Dämmen 36 auf dem freiliegenden Teil des Spaltmaterials 34 abgeschieden, wie dies in Fig. 4E gezeigt ist. Fig. 4F zeigt den Polspitzenbereich nach der Abscheidung der Opfermaskenschichten 18, 20. Fig. 4G zeigt einen Querschnitt nach Fig. 1 entlang des mittleren Bereiches des Dünnfilm-Magnetkopfes 10 entlang der Linie 4G-4G nach der Abscheidung der Opfermaskenschichten 18, 20. Die Opfermaskenschicht 20 kann irgendein plattierbares oder galvanisch aufbringbares, nicht-magnetisches Material umfassen. Die Opfermaskenschichten können beispielsweise entsprechend der Fräsgeschwindigkeiten, die den Fräsgeschwindigkeiten des unteren Polstücks 26 und des Spaltmaterials 34 entsprechen, ausgewählt werden, obwohl auch andere Materialien verwendet werden können.In Fig. 4D, two photoresist dams 36 have been deposited on the gap material 34, leaving exposed the area on which the upper pole tip 22 will be deposited. Not shown in Fig. 4D is that the photoresist dams 36 do not cover the entire surface shown in Figs. 1 and 2, leaving exposed the portion of the thin film magnetic head 10 where the upper pole piece 14 is to be deposited. The photoresist dams 36 can be deposited using conventional photolithographic and masking techniques. The upper pole piece 14 and upper pole tip 22 are then deposited in the area between the photoresist dams 36 on the exposed portion of the gap material 34, as shown in Fig. 4E. Fig. 4F shows the pole tip region after deposition of the sacrificial mask layers 18, 20. Fig. 4G shows a cross-section of Fig. 1 along the middle region of the thin film magnetic head 10 along the line 4G-4G after deposition of the sacrificial mask layers 18, 20. The sacrificial mask layer 20 may comprise any plateable or electrodepositable non-magnetic material. The sacrificial mask layers may be selected, for example, according to milling speeds corresponding to the milling speeds of the lower pole piece 26 and the gap material 34, although other materials may also be used.
Fig. 4G zeigt, daß der Dünnfilm-Magnetkopf 10 vollständig durch die Opfermaskenschichten 18, 20 bedeckt und geschützt ist, und zwar überall mit Ausnahme des Bereiches in der Nähe des Polspitzenbereiches, wo der freiliegende Teil des Spaltmaterials 34 und der freiliegende Teil der unteren Polspitze 26 entfernt werden sollen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Photolack- Dämme 36 nach Fig. 4F werden unter Verwendung eines chemischen Ätzprozesses entfernt, wodurch die den Polspitzenbereich umgebende Struktur gemäß Fig. 3 verbleibt.Fig. 4G shows that the thin film magnetic head 10 is completely covered and protected by the sacrificial mask layers 18, 20 everywhere except the area near the pole tip region where the exposed portion of the gap material 34 and the exposed portion of the lower pole tip 26 are to be removed as shown in Fig. 3. The photoresist dams 36 of Fig. 4F are removed using a chemical etching process, leaving the structure surrounding the pole tip region as shown in Fig. 3.
Die zweite Opfermaskenschicht kann ebenfalls zum Schutz der Leiter während des Fräsvorganges verwendet werden. Die Photolack-Dämme 36 nach den Fig. 4D bis 4F erstrecken sich tatsächlich um die gesamte Paddelform des Dünnfilm-Magentkopfes. Bevor die erste Opferschicht auf der oberen Polschicht abgeschieden wird, wird der Teil der Photolack-Dämme, der sich nicht in der Nähe der Polspitzen befindet, durch Beaufschlagung mit Strahlung, gefolgt von einer chemischen Entwicklung, entfernt. Der Reliefbereich, der von diesem Photolack zurück bleibt, kann dann mit der zweiten Opferschicht bedeckt werden, um die Leiter zu schützen, wie dies in Fig. 4G gezeigt ist. Nach dem Fräsen kann die zweite Opferschicht dann entfernt werden.The second sacrificial mask layer can also be used to protect the conductors during the milling process. The photoresist dams 36 of Figs. 4D to 4F actually extend around the entire paddle shape of the thin film magnet head. Before After the first sacrificial layer is deposited on the top pole layer, the portion of the photoresist dams not near the pole tips is removed by exposure to radiation followed by chemical development. The relief area left by this photoresist can then be covered with the second sacrificial layer to protect the conductors, as shown in Fig. 4G. After milling, the second sacrificial layer can then be removed.
Der in Fig. 3 gezeigte Polspitzenbereich (und entsprechend der Dünnfilm-Magnetkopf 10) wird dann einem Materialentfernungs- ('Fräs'-) prozess ausgesetzt, bei dem die ungeschützten Bereiche des Dünnfilm-Magnetkopfes 10 zusammen mit den Opferschichten 18, 20 fortgefräst werden. Dieser Fräsvorgang umfasst vorzugsweise ein Ionenfräsen, bei dem Argon- oder Xenon-Ionen von einer Ionenquelle erzeugt und durch ein elektrisches Feld durch ein elektrifiziertes Gitter hindurch beschleunigt werden. Es können andere Ionenquellen verwendet werden, und zwar ebenso wie ein reaktives Ionenfräsen, bei dem die Fräsionen mit dem gefrästen Material zusammenwirken. Eine chemische Ätzung oder eine Zerstäubungsätzung kann ebenfalls für die Materialentfernung verwendet werden. Die von dem Ionenfräsgerät erzeugten hochenergetischen Ionen bombardieren die Oberfläche des Dünnfilm-Magnetkopfes 10, um einen Teil des Materials zu entfernen, auf das sie auftreffen. Dieser Fräsprozess entfernt die freiliegenden Bereiche des Spaltmaterials 34 und der unteren Polspitze 26 sowie die Opferschichten 18, 20. Die Opferschichten 18, 20 müssen eine derartige Dicke und Fräsgeschwindigkeit haben, daß der Dünnfilm-Magnetkopf 10 und die obere Polspitze 22 während des Fräsvorganges geschützt werden. In diesem Beispiel sind die die Opfermasken 18, 20 bildenden Materialien so gewählt, daß sie der unteren Polspitze 26 und dem Spaltmaterial 34 entsprechen.The pole tip region shown in Figure 3 (and correspondingly the thin film magnetic head 10) is then subjected to a material removal ('milling') process in which the exposed regions of the thin film magnetic head 10 are milled away along with the sacrificial layers 18, 20. This milling process preferably involves ion milling in which argon or xenon ions are generated by an ion source and accelerated through an electrified grid by an electric field. Other ion sources may be used, as may reactive ion milling in which the milled ions interact with the milled material. Chemical etching or sputter etching may also be used for material removal. The high energy ions generated by the ion milling device bombard the surface of the thin film magnetic head 10 to remove a portion of the material they impact. This milling process removes the exposed areas of the gap material 34 and the lower pole tip 26 as well as the sacrificial layers 18, 20. The sacrificial layers 18, 20 must have a thickness and milling speed such that the thin film magnetic head 10 and the upper pole tip 22 are protected during the milling process. In this example, the materials forming the sacrificial masks 18, 20 are chosen to correspond to the lower pole tip 26 and the gap material 34.
Nach dem Fräsvorgang ist die resultierende Polspitzenstruktur in Fig. 4H gezeigt. Die nicht ausgerichteten Teile des Spaltmaterials 34 und der unteren Polspitze 26 wurden durch den Fräsprozess entfernt. Der Fräsprozess entfernt weiterhin die gesamter Opferschicht 20 zusammen mit dem größten Teil der Opferschicht 18, wenn die Dicke und die Fräsgeschwindigkeit der Opferschichten 18, 20 optimiert ist. Wenn dies erwünscht ist, kann der verbleibende Teil der Opferschicht 18 durch einen Prozess entfernt werden, wie z. B. chemisches Ätzen.After the milling process, the resulting pole tip structure is shown in Fig. 4H. The non-aligned portions of the gap material 34 and the lower pole tip 26 were removed by the milling process. The milling process further removes the entire sacrificial layer 20 along with most of the Sacrificial layer 18 when the thickness and the milling speed of the sacrificial layers 18, 20 are optimized. If desired, the remaining part of the sacrificial layer 18 can be removed by a process such as chemical etching.
Die vorliegende Erfindung kann auch verwendet werden, wenn die untere Polspitze und das Spaltmaterial eine 'unendliche Breite' aufweisen. In Fig. 5 ist ein Querschnitt eines Polspitzenbereiches mit einer unendlichen Breite, die untere Polspitze 28 und das Spaltmaterial 40 gezeigt. Die obere Polspitze 22, die Opfermaskenschichten 18, 20 und die Photolack-Dämme 36 werden abgeschieden, wie dies weiter oben beschrieben wurde. Die Photolack- Dämme werden dann chemisch geätzt, um den nicht ausgerichteten Teil der unteren Polspitze 38 und des Spaltmaterials 40 frei zugänglich zu machen, während der ausgerichtete Teil der unteren Polspitze 38 und das Spaltmaterial 40 von der oberen Polspitze 22 und den Opferschichten 18, 20 bedeckt sind. Ein Fräsvorgang wird dann in der vorstehend beschriebenen Weise eingesetzt, und die nicht ausgerichteten frei liegenden Teile des Spaltmaterials 40 und der unteren Polspitze 38 werden fortgefräst, während die obere Polspitze 22, die ausgerichteten Teile des Spaltmaterials 40 und der unteren Polspitze 38 durch die Opferschichten 18, 20 geschützt sind. Die sich aus dem Fräsvorgang ergebende Polspitzenstruktur ist ähnlich der, die in Fig. 4H gezeigt ist.The present invention can also be used when the lower pole tip and gap material have an 'infinite width'. In Figure 5, a cross-section of a pole tip region having an infinite width, the lower pole tip 28 and gap material 40 is shown. The upper pole tip 22, the sacrificial mask layers 18, 20 and the photoresist dams 36 are deposited as described above. The photoresist dams are then chemically etched to expose the non-aligned portion of the lower pole tip 38 and gap material 40 while the aligned portion of the lower pole tip 38 and gap material 40 are covered by the upper pole tip 22 and the sacrificial layers 18, 20. A milling operation is then used in the manner described above and the non-aligned exposed portions of the gap material 40 and the lower pole tip 38 are milled away while the upper pole tip 22, the aligned portions of the gap material 40 and the lower pole tip 38 are protected by the sacrificial layers 18, 20. The pole tip structure resulting from the milling operation is similar to that shown in Figure 4H.
Fig. 6 zeigt die Polspitzenstruktur, die eine untere Polspitze 42 aufweist, die in einem Substrat 44 unter Verwendung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird. In Fig. 6 umfaßt das Substrat 44 ein magnetisches Ferritmaterial. In einem Frässchritt wird die untere Polspitze 42 in dem Substrat 44 ausgebildet, weil eine Opfermaskenschicht 46 eine obere Polspitze 48, eine Spaltmaterialschicht 50 und die untere Polspitze 42 schützt. Die Opfermaskenschicht 46 wird unter Verwendung der Selbstausrichttechniken eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet.Figure 6 shows the pole tip structure having a lower pole tip 42 formed in a substrate 44 using a method according to the present invention. In Figure 6, the substrate 44 comprises a magnetic ferrite material. In a milling step, the lower pole tip 42 is formed in the substrate 44 because a sacrificial mask layer 46 protects an upper pole tip 48, a gap material layer 50, and the lower pole tip 42. The sacrificial mask layer 46 is formed using the self-alignment techniques of a method according to the present invention.
Die vorliegende Erfindung erzeugt Film-Polspitzen in vertikaler Ausrichtung, die gleiche Breiten aufweisen. Selbst wenn die Genauigkeit der Ausrichtung zwischen den oberen und unteren Polspitzen auf Grund der Genauigkeit und Auflösung der Abscheidungstechnik schlecht ist, ergibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Formung der Polspitzen und des Spaltmaterials, so daß diese Mängel beseitigt sind. Die vorliegende Erfindung verringert die Zeit und ergibt Kosteneinsparungen bei diesem Formgebungsvorgang. Weil lediglich zwei Schichten (die Schicht des Spaltmaterials und die Schicht der Polstücke) gefräst werden, werden die Fräszeiten zusammen mit der Maskendicke verringert. Die Herstellungszeit und die Kosten werden ebenfalls verringert, weil lediglich ein einziges Paar von Photolack-Dämmen verwendet wird, um sowohl die obere Polspitze als auch die Opfermaske zu bilden.The present invention produces film pole tips in vertical orientation that have equal widths. Even if the While the accuracy of alignment between the upper and lower pole tips is poor due to the accuracy and resolution of the deposition technique, the present invention provides a method for forming the pole tips and the gap material that overcomes these deficiencies. The present invention reduces the time and provides cost savings in this forming process. Because only two layers (the gap material layer and the pole piece layer) are milled, milling times are reduced along with mask thickness. Manufacturing time and cost are also reduced because only a single pair of photoresist dams are used to form both the upper pole tip and the sacrificial mask.
Es ist zu erkennen, dass beispielsweise andere Opfermaskenmaterialien und -dicken zusammen mit verschiedenen Fräs- und Ätztechniken verwendet werden können.It can be seen that, for example, other sacrificial mask materials and thicknesses can be used together with different milling and etching techniques.
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